(57)【要約】【課題】切粉除去用エアを放出するためのエア放出口として直流エア放出口と斜流エア放出口との両方を主軸の取付面に形成した場合に、工具交換時における工具の着座面と主軸の取付面との間の距離に応じて、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分ける。【解決手段】工作機械のエア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、工具交換時に、工具の環状面と主軸の取付面との間の距離が所定距離以下の期間中、前記面間距離に応じて、直流エア放出口からの直流エアの放出状態及び斜流エア放出口からの斜流エアの放出状態を制御する。例えば、前記面間距離が前記所定距離以下で、該所定距離よりも小さい第２の所定距離より大きい期間中は直流エアのみ放出し、前記面間距離が前記第２の所定距離以下の期間中は斜流エアのみ放出する。【選択図】図８
2010105086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の基部の一方の面に加工用部材が設けられ、他方の面の中央に突出部が設けられた工具が取り付けられる主軸を有し、該主軸の先端部に、前記工具の突出部が嵌合する嵌合孔と、前記工具の突出部の周囲の環状面に対接する取付面とが設けられた工作機械の切粉除去装置であって、
前記工具の突出部が前記主軸の嵌合孔に嵌合し、前記工具の環状面が前記主軸の取付面に対接するように、前記工具を軸方向に移動させることにより前記工具を前記主軸の先端部に取り付け、又は、前記工具の環状面が前記主軸の取付面から離反し、前記工具の突出部が前記主軸の嵌合孔から脱出するように、前記工具を軸方向に移動させることにより前記工具を前記主軸の先端部から取り外す工具交換手段と、
エアを主軸の軸方向に放出するように前記主軸の取付面に形成された複数の第１のエア放出口と、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が所定距離以下のときにエアが前記環状面に当たる範囲内でエアを主軸の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出するように前記主軸の取付面に形成された複数の第２のエア放出口と、
前記工具交換手段による工具交換時に、前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記所定距離以下の期間中、該距離に応じて、前記第１のエア放出口からのエアの放出状態及び前記第２のエア放出口からのエアの放出状態を制御するエア放出制御手段とが備えられていることを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出制御手段は、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記所定距離以下であり、かつ該所定距離よりも小さい第２の所定距離より大きい期間中は、前記第１のエア放出口からのエアの放出のみ行い、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記第２の所定距離以下の期間中は、前記第２のエア放出口からのエアの放出のみ行うことを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出制御手段は、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記所定距離以下であり、かつ該所定距離よりも小さい第２の所定距離より大きい期間中は、前記第１のエア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量を前記第２のエア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを同時に行い、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記第２の所定距離以下の期間中は、前記第２のエア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量を前記第１のエア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを同時に行うことを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出制御手段は、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記所定距離以下であり、かつ該所定距離よりも小さい第２の所定距離より大きい期間中は、前記第１のエア放出口からのエアの放出のみ行うか、前記第２のエア放出口からのエアの放出のみ行うか、又は前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを同時に行い、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記第２の所定距離以下の期間中は、前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを交互に行うことを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出制御手段は、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記所定距離以下であり、かつ該所定距離よりも小さい第２の所定距離より大きい期間中は、前記第１のエア放出口からのエアの放出時間を前記第２のエア放出口からのエアの放出時間よりも長くした状態で、前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを交互に行い、
前記工具の環状面と前記主軸の取付面との間の距離が前記第２の所定距離以下の期間中は、前記第２のエア放出口からのエアの放出時間を前記第１のエア放出口からのエアの放出時間よりも長くした状態で、前記第１のエア放出口からのエアの放出と前記第２のエア放出口からのエアの放出とを交互に行うことを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項６】
前記請求項１から５のいずれか１項に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出制御手段は、前記エア放出口から放出されるエアの圧力を増減変化させながらエアの放出を行うことを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【請求項７】
前記請求項６に記載の工作機械の切粉除去装置において、
前記エア放出口に通じるエア通路上に、エアが充填される蓄圧空間が設けられていることを特徴とする工作機械の切粉除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の切粉除去装置に関し、工場における生産技術の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車部品等の生産工場では、例えばダイキャスト鋳造等で粗に製造されたワークを切削加工する等して精に仕上げるための工作機械としてマシニングセンタが普及している。
【０００３】
マシニングセンタは、一般に、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｏｏｌ  Ｃｈａｎｇｅｒ）を備え、主として回転工具を使用して、ワークをチャック替えすることなく、ワークに対してフライス加工や中ぐり加工あるいはネジ立て等の多種類の加工を１台で行うことの可能なコンピュータ数値制御式（ＣＮＣ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）の工作機械である（例えば「ＪＩＳ  Ｂ  ０１０５：１９９３  工作機械−名称に関する用語」参照）。
【０００４】
マシニングセンタは、回転する主軸が垂直方向に延びて該主軸の下端部に工具が取り付けられる縦型と、主軸が水平方向に延びて該主軸の一端部に工具が取り付けられる横型とがあるが、いずれにしても、マシニングセンタの作業中は人手が介在することがないため、例えば工具の主軸への取り付け作業や主軸からの取り外し作業を含む工具交換時等に、主軸側において工具の着座面が着座する取付面に付着している切粉や、工具側において主軸の取付面に着座する着座面に付着している切粉を自動的に除去する装置が必要となる。
【０００５】
この問題に対処し得る技術として、特許文献１に記載されるように、切粉除去用エアを放出するための複数のエア放出口を主軸の取付面に形成することが考えられるが、その前に、工具及び主軸の構成と、工具交換において工具を主軸に取り付ける動作及び工具を主軸から取り外す動作とを先に簡単に説明しておく。
【０００６】
すなわち、工具は、周面にＡＴＣの工具交換アームが係合する溝がリング状に形成された円盤状のフランジ部（基部）と、このフランジ部の一方の面に備えられた、例えばエンドミルやフェイスミルあるいは面取りカッタ等の刃物（加工用部材）と、前記フランジ部の他方の面の中央に該フランジ部と同芯に突設された、該フランジ部より小径のテーパシャンク部（突出部）と、このテーパシャンク部の周囲の着座面（環状面）とを有する構成である。
【０００７】
一方、この工具が取り付けられる主軸の先端部は、環状の取付面と、この取付面と同芯に形成された、すり鉢状の嵌合孔とを有する構成である。
【０００８】
また、工具を前記主軸の先端部に取り付けるときは、工具のテーパシャンク部が主軸の嵌合孔に嵌合し、工具の着座面が主軸の取付面に着座（対接）するように、工具の軸芯を主軸の軸芯に一致させて該工具を主軸の先端部に近接するように軸方向に移動させる。そして、工具のテーパシャンク部が主軸の嵌合孔に嵌合し、工具の着座面が主軸の取付面に着座した状態で、該工具を主軸に所定の保持力で保持して取り付ける。
【０００９】
一方、工具を前記主軸の先端部から取り外すときは、工具の着座面が主軸の取付面から離反し、工具のテーパシャンク部が主軸の嵌合孔から脱出するように、工具の軸芯を主軸の軸芯に一致させて該工具を主軸の先端部から離反するように軸方向に移動させる。
【００１０】
したがって、特許文献１に記載されるように、切粉除去用エアを放出するための複数のエア放出口を前記主軸の取付面に形成しておけば、工具交換における工具の取付時あるいは取外時において、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が所定距離以下の期間中に（工具の取付時は取付動作の比較的初期、工具の取外時は取外動作の比較的終期）、前記複数のエア放出口からエアを主軸の軸方向（主軸の取付面ないし工具の着座面に対して垂直方向）に放出すれば、放出したエアが工具の着座面に当たって該着座面の切粉をエアの圧力で吹き飛ばして除去することができると共に、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離がさらに短いときは（工具の取付時は取付動作の比較的終期、工具の取外時は取外動作の比較的初期）、工具の着座面に当たったエアが主軸の取付面に跳ね返ってきて該取付面の切粉も吹き飛ばして除去することが可能となる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−４０８７０（段落００２０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、前記エア放出口として、前述のように、エアを主軸の軸方向に放出するエア放出口（「直流エア放出口」と記す）のみを形成した場合は、該直流エア放出口から放出されるエア（直流エア）は、工具の着座面に当たる領域が点状となって狭くなり、また、主軸の取付面に跳ね返ってくる領域も狭くなるので、切粉が広い領域で除去されないという不具合がある。
【００１３】
そこで、前記エア放出口として、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が所定距離以下のときにエアが工具の着座面に当たる範囲内でエアを主軸の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出するエア放出口（「斜流エア放出口」と記す）を併せて形成することが提案可能である。これによれば、斜流エア放出口から放出されるエア（斜流エア）は、工具の着座面に当たる領域が線状となって広くなり、また、主軸の取付面に跳ね返ってくる領域も広くなるので、切粉が広い領域で除去されることとなる。
【００１４】
しかし、このように直流エア放出口と斜流エア放出口とを両方備えた場合に、性状の異なる直流エアと斜流エアとをどのように使い分けるかが問題となる。特に工具交換時は工具の着座面と主軸の取付面とが近接又は離反して、両面間の距離が時々刻々変化するので、その距離に応じて、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分けることが好ましい。
【００１５】
本発明は、切粉除去用エアを放出するためのエア放出口として直流エア放出口と斜流エア放出口との両方を主軸の取付面に形成した場合における前記課題に対処するもので、工具交換時における工具の着座面と主軸の取付面との間の距離に応じて、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分けるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の本発明の開示において、後述する発明の実施の形態で用いられる符号を参考までに付記する。
【００１７】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、円盤状の基部５１ａの一方の面に加工用部材５１ｂが設けられ、他方の面の中央に突出部５１ｃが設けられた工具５０が取り付けられる主軸１１を有し、該主軸１１の先端部に、前記工具５０の突出部５１ｃが嵌合する嵌合孔１１ｃと、前記工具５０の突出部５１ｃの周囲の環状面５１ｅに対接する取付面１１ｄとが設けられた工作機械１の切粉除去装置であって、前記工具５０の突出部５１ｃが前記主軸１１の嵌合孔１１ｃに嵌合し、前記工具５０の環状面５１ｅが前記主軸１１の取付面１１ｄに対接するように、前記工具５０を軸方向に移動させることにより前記工具５０を前記主軸１１の先端部に取り付け、又は、前記工具５０の環状面５１ｅが前記主軸１１の取付面１１ｄから離反し、前記工具５０の突出部５１ｃが前記主軸１１の嵌合孔１１ｃから脱出するように、前記工具５０を軸方向に移動させることにより前記工具５０を前記主軸１１の先端部から取り外す工具交換手段１４，４２と、エアを主軸１１の軸方向に放出するように前記主軸１１の取付面１１ｄに形成された複数の第１のエア放出口１７ａ…１７ａと、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが所定距離α以下のときにエアが前記環状面５１ｅに当たる範囲内でエアを主軸１１の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出するように前記主軸１１の取付面１１ｄに形成された複数の第２のエア放出口１８ａ…１８ａと、前記工具交換手段１４，４２による工具交換時に、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記所定距離α以下の期間中、該距離Δに応じて、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出状態及び前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出状態を制御するエア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂとが備えられていることを特徴とする。
【００１８】
ここで、エアの放出状態とは、エア放出口からのエアの放出を行うか行わないか（後述する請求項２参照）、エアの放出を行う場合において第１のエア放出口（直流エア放出口）からのエア（直流エア）の放出と第２のエア放出口（斜流エア放出口）からのエア（斜流エア）の放出とを同時に行うか交互に行うか（後述する請求項３、４、５参照）、エアの放出を同時に行う場合において直流エアの単位時間当たりの放出量と斜流エアの単位時間当たりの放出量との配分（後述する請求項３参照）、エアの放出を交互に行う場合において直流エアの放出時間と斜流エアの放出時間との配分（後述する請求項５参照）、エア放出口から放出されるエアの圧力の増減変化（後述する請求項６参照）等をいう。
【００１９】
また、第２のエア放出口から放出される斜流エアは、主軸の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出されるが、工具の着座面（環状面）に当たる限り、主軸の接線方向と平行な方向にエアが放出される場合や主軸の接線方向と平行な方向よりも主軸の軸芯側にエアが放出される場合だけでなく、主軸の接線方向と平行な方向よりも主軸の周面側にエアが放出される場合も含まれる。
【００２０】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記所定距離α以下であり、かつ該所定距離αよりも小さい第２の所定距離βより大きい期間中は（Ｓ１２〜Ｓ１４，Ｓ２５〜Ｓ２７）、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出のみ行い（Ｓ１３，Ｓ２５）、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記第２の所定距離β以下の期間中は（Ｓ１４〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２５）、前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出のみ行う（Ｓ１５，Ｓ２２）ことを特徴とする。
【００２１】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記所定距離α以下であり、かつ該所定距離αよりも小さい第２の所定距離βより大きい期間中は（Ｓ３２〜Ｓ３４，Ｓ４５〜Ｓ４７）、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの単位時間当たりの放出量を前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを同時に行い（Ｓ３３，Ｓ４５）、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記第２の所定距離β以下の期間中は（Ｓ３４〜Ｓ３８，Ｓ４１〜Ｓ４５）、前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの単位時間当たりの放出量を前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを同時に行う（Ｓ３５，Ｓ４２）ことを特徴とする。
【００２２】
ここで、エア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量は、一般に、エア放出口の径、エア放出口の数、エア放出口から放出されるエアの圧力に応じて増減変化するが、本発明では、これらのうち、制御可能なエアの圧力を変えることによって、エア放出口からのエアの単位時間当たりの放出量を多くしたり少なくしたりすることができる。
【００２３】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、前記請求項１に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記所定距離α以下であり、かつ該所定距離αよりも小さい第２の所定距離βより大きい期間中は（Ｓ５２〜Ｓ５４，Ｓ６５〜Ｓ６７）、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出のみ行うか（Ｓ５３，Ｓ６５）、前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出のみ行うか、又は前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを同時に行い、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記第２の所定距離β以下の期間中は（Ｓ５４〜Ｓ５８，Ｓ６１〜Ｓ６５）、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを交互に行う（Ｓ５５，Ｓ６２）ことを特徴とする。
【００２４】
次に、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項１に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記所定距離α以下であり、かつ該所定距離αよりも小さい第２の所定距離βより大きい期間中は（Ｓ７２〜Ｓ７４，Ｓ８５〜Ｓ８７）、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出時間を前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出時間よりも長くした状態で、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを交互に行い（Ｓ７３，Ｓ８５）、前記工具５０の環状面５１ｅと前記主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが前記第２の所定距離β以下の期間中は（Ｓ７４〜Ｓ７８，Ｓ８１〜Ｓ８５）、前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出時間を前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出時間よりも長くした状態で、前記第１のエア放出口１７ａ…１７ａからのエアの放出と前記第２のエア放出口１８ａ…１８ａからのエアの放出とを交互に行う（Ｓ７５，Ｓ８２）ことを特徴とする。
【００２５】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、前記請求項１から５のいずれか１項に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出制御手段１００，１０４ａ，１０４ｂは、前記エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａから放出されるエアの圧力を増減変化させながらエアの放出を行う（Ｓ９３，Ｓ９５，Ｓ１０２，Ｓ１０５）ことを特徴とする。
【００２６】
次に、本願の請求項７に記載の発明は、前記請求項６に記載の工作機械１の切粉除去装置において、前記エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａに通じるエア通路１７…１７，１８…１８，１９ａ，１９ａ，１９ｂ，１９ｂ上に、エアが充填される蓄圧空間１６ａ，１６ｂが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
まず、本願の請求項１に記載の発明によれば、切粉除去用エアを放出するためのエア放出口として、エアを主軸の軸方向に放出する第１のエア放出口（直流エア放出口）と、エアを主軸の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出する第２のエア放出口（斜流エア放出口）との両方を主軸の取付面に形成した場合において、工具交換時における工具の着座面（環状面）と主軸の取付面との間の距離に応じて、直流エア放出口からの直流エア及び斜流エア放出口からの斜流エアの放出状態、例えば、エアの放出を行うか行わないか（請求項２）、直流エアと斜流エアとを同時に放出するか交互に放出するか（請求項３、４、５）、同時に放出する場合の直流エアの単位時間当たりの放出量と斜流エアの単位時間当たりの放出量との配分（請求項３）、交互に放出する場合の直流エアの放出時間と斜流エアの放出時間との配分（請求項５）、エア放出口から放出されるエアの圧力の増減変化（請求項６）等を制御するようにしたから、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分けることが可能となる。
【００２８】
以下の請求項２〜５に記載の発明は、前記工具の着座面と前記主軸の取付面との間の距離に応じて行う、直流エア及び斜流エアの放出状態の制御の具体的態様を示すものである。
【００２９】
まず、本願の請求項２及び３に記載の発明は、直流エアは斜流エアよりも主軸の軸方向の圧力が大きいから、相対的に、工具の着座面や主軸の取付面に付着している切粉を除去する切粉除去効果に優れ、一方、斜流エアは直流エアよりも主軸の径方向の圧力が大きいから、相対的に、切粉が主軸の周辺外部から工具の着座面と主軸の取付面との間隙に進入することを防ぐ切粉進入防止効果に優れること、及び、直流エアの切粉除去効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長くても発揮され、斜流エアの切粉進入防止効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【００３０】
そして、本願の請求項２に記載の発明によれば、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長いときは（工具の取付時は取付動作の比較的初期、工具の取外時は取外動作の比較的終期）、直流エアのみ放出し、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いときは（工具の取付時は取付動作の比較的終期、工具の取外時は取外動作の比較的初期）、斜流エアのみ放出するので、前者の期間中は、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【００３１】
一方、本願の請求項３に記載の発明によれば、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長いときは（工具の取付時は取付動作の比較的初期、工具の取外時は取外動作の比較的終期）、直流エアの単位時間当たりの放出量を斜流エアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、直流エアと斜流エアとを同時に放出し、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いときは（工具の取付時は取付動作の比較的終期、工具の取外時は取外動作の比較的初期）、斜流エアの単位時間当たりの放出量を直流エアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、直流エアと斜流エアとを同時に放出するので、前者の期間中は、直流エアの放出の勢いが斜流エアの放出の勢いよりも強くなって、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は、斜流エアの放出の勢いが直流エアの放出の勢いよりも強くなって、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【００３２】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、直流エアと斜流エアとを交互に放出すると、工具の着座面と主軸の取付面との間隙でエアの流れが乱れ、工具の着座面にエアが当たる領域が拡大し、また、主軸の取付面にエアが跳ね返ってくる領域も拡大するので、切粉除去効果が向上すること、及び、このエアの交互放出による切粉除去効果の向上効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【００３３】
そして、本願の請求項４に記載の発明によれば、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長いときは（工具の取付時は取付動作の比較的初期、工具の取外時は取外動作の比較的終期）、直流エアのみ放出し、斜流エアのみ放出し、又は直流エアと斜流エアとを同時に放出し、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いときは（工具の取付時は取付動作の比較的終期、工具の取外時は取外動作の比較的初期）、直流エアと斜流エアとを交互に放出するので、前者の期間中は、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ること、斜流エアがもたらす線状の切粉除去効果を得ること、又は両エアがもたらすこれらの両効果を同時に得ることができ、後者の期間中は、エアの交互放出がもたらす切粉除去効果の向上効果を十分に得ることが可能となる。
【００３４】
次に、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項２及び３に記載の発明と同様、直流エアは斜流エアよりも主軸の軸方向の圧力が大きいから、相対的に、工具の着座面や主軸の取付面に付着している切粉を除去する切粉除去効果に優れ、一方、斜流エアは直流エアよりも主軸の径方向の圧力が大きいから、相対的に、切粉が主軸の周辺外部から工具の着座面と主軸の取付面との間隙に進入することを防ぐ切粉進入防止効果に優れること、及び、直流エアの切粉除去効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長くても発揮され、斜流エアの切粉進入防止効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【００３５】
そして、本願の請求項５に記載の発明によれば、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長いときは（工具の取付時は取付動作の比較的初期、工具の取外時は取外動作の比較的終期）、直流エアの放出時間を斜流エアの放出時間よりも長くした状態で、直流エアと斜流エアとを交互に放出し、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に短いときは（工具の取付時は取付動作の比較的終期、工具の取外時は取外動作の比較的初期）、斜流エアの放出時間を直流エアの放出時間よりも長くした状態で、直流エアと斜流エアとを交互に放出するので、前者の期間中は、直流エアの総放出量が斜流エアの総放出量よりも多くなって、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は、斜流エアの総放出量が直流エアの総放出量よりも多くなって、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【００３６】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、直流エアか斜流エアかに拘らず、エアの圧力を一定に保つのではなく増減変化させると、工具の着座面や主軸の取付面に付着している切粉が受ける衝撃の回数が多くなるので、切粉除去効果が向上すること、及び、このエア圧力の増減変化による切粉除去効果の向上効果は、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離に拘らず発揮されることに着目したものである。
【００３７】
そして、本願の請求項６に記載の発明によれば、エア放出口から放出されるエアの圧力を増減変化させながらエアを放出するので、工具の着座面と主軸の取付面との間の距離が相対的に長い期間中及び相対的に短い期間中共に、直流エア及び／又は斜流エアの圧力の増減変化がもたらす切粉除去効果の向上効果を得ることが可能となる。
【００３８】
ここで、エアの圧力を減少する場合、エアの圧力を零（ゼロ）にしてもよい。このとき、エアは間欠的に放出されることとなる。
【００３９】
その場合に、本願の請求項７に記載の発明によれば、エア放出口に通じるエア通路上に、エアが充填される蓄圧空間を設けたから、エア放出口から放出されるエアの圧力を増大しようとするときに該エアの圧力が速やかに増大し、工具の着座面や主軸の取付面に付着している切粉に大きな衝撃波を確実に与えることが可能となる。以下、実施形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は本発明の最良の実施の形態に係る工作機械１の主な構成要素の配置を概略図示する正面図、図２は前記工作機械１の正面側の部分平面図である。この工作機械１は横型マシニングセンタであって、機台１ａの縁部にハウジング１ｂが立設され、該ハウジング１ｂによって閉塞された作業空間１ｃが生成している。なお、図示しないが、ハウジング１ｂの縦壁には作業空間１ｃを開閉するための扉が設けられている。
【００４１】
作業空間１ｃ内には、ｙ軸に沿って水平方向に延びるスピンドル１０と、該スピンドル１０に収容されて回転する、同じくｙ軸に沿って水平方向に延びる主軸１１とが具備されている。主軸１１の先端部はスピンドル１０から露出し、該先端部に工具５０が取り付けられている。スピンドル１０及び主軸１１の前方で機台１ａの上にはｚ軸回りに回動自在のパレット２０が備えられ、該パレット２０の上には治具３０が据え付けられて、この治具３０によりチャックされたワーク９０に対し、主軸１１の先端部に取り付けられた工具５０によって、フライス加工や中ぐり加工あるいはネジ立て等の多種類の加工が行われる。
【００４２】
作業空間１ｃ内には、前記スピンドル１０及び主軸１１に隣接して、自動工具交換装置（ＡＴＣ）４０が具備されている。この自動工具交換装置４０は、多種類の工具５０…５０を収納するツールマガジン４１と、該ツールマガジン４１に収納されている１つの工具５０と主軸１１に取り付けられている工具５０とを交換するため両端部に工具保持部を有する工具交換アーム４２とを含む。
【００４３】
ここで、スピンドル１０及び主軸１１は、矢印ア、イで示すように、ｘ軸方向にスライド移動自在であり、工具交換アーム４２は、矢印ウ、エで示すように、ｙ軸方向にスライド移動自在、かつ矢印オで示すように、ｙ軸回りに回動自在である。そして、工具交換時には、回動する工具交換アーム４２が、主軸１１に取り付けられている工具５０を確実につかまえて保持できるように、スピンドル１０及び主軸１１は、図中鎖線で示す位置までア方向に移動する。
【００４４】
次に、図３〜図５は、図１における矢印（ｉｉｉ）による、主軸１１の先端部周辺の拡大平断面図であって、図３、図４、図５の順に、工具交換における工具５０の取付時に、工具交換アーム４２及び軸芯ロッド１４によって、工具５０を矢印ウ方向（近接方向又は対接方向）に移動させていく様子、あるいは、図５、図４、図３の順に、工具交換における工具５０の取外時に、軸芯ロッド１４及び工具交換アーム４２によって、工具５０を矢印エ方向（離反方向）に移動させていく様子を示している。
【００４５】
まず、工具５０は、円盤状の基部（フランジ部）５１ａの一方の面（図３〜図５において下の面）に、例えばエンドミルやフェイスミルあるいは面取りカッタ等の加工用部材５１ｂが設けられ、他方の面（図３〜図５において上の面）の中央に基部５１ａより小径のほぼ円柱状（やや先細り形状）のテーパシャンク部５１ｃが基部５１ａと同芯に設けられた構成である。
【００４６】
基部５１ａの周面には、工具交換アーム４２が係合する溝５１ｄがリング状に形成されている。また、基部５１ａの他方の面（図３〜図５において上の面）におけるテーパシャンク部５１ｃの周囲の環状面５１ｅは、後述する主軸１１の取付面１１ｄに着座する着座面を構成する。ここで、テーパシャンク部５１ｃの周面を提供する側壁の一部分には、後述する工具保持用ボール１５が嵌まり込む、傾斜面を持った凹所５１ｆが形成されている。
【００４７】
一方、主軸１１は、主軸１１の先端部を構成する先端部材１１ａと、主軸１１の後端部を構成する後端部材１１ｂとを含み、ベアリング１２等を介して、スピンドル１０の内部で回転自在に支持されている。
【００４８】
そして、主軸１１の先端部には、工具５０の着座面（環状面）５１ｅと対接し得る取付面（着座面５１ｅとほぼ同径の環状の面）１１ｄと、工具５０のテーパシャンク部５１ｃと嵌合し得る嵌合孔１１ｃとが形成されている。
【００４９】
また、主軸１１の軸中心には、主軸１１の軸方向（ｙ軸方向）に移動自在の軸芯ロッド１４が設けられていると共に、この軸芯ロッド１４の周面に対接し、主軸１１（先端部材１１ａ及び後端部材１１ｂ）の内面に固定された筒形状の固定部材１３が主軸１１の先端部に備えられている。
【００５０】
その場合に、軸芯ロッド１４の周面の一部分には、円形の陥没穴１４ａとカム面１４ｂとが相互に連続して形成されていると共に、固定部材１３の周壁の一部分には、工具保持用ボール１５を支持して挿通させる貫通孔１３ａが形成されている。
【００５１】
そして、例えば工具交換における工具５０の取付時において、図３及び図４に示すように、工具５０が主軸１１の先端部にまだ完全に取り付けられていないときは、軸芯ロッド１４は前方（矢印エ方向）に移動しており、このとき工具保持用ボール１５が前記陥没穴１４ａと貫通孔１３ａとに亘って収容され、該ボール１５は固定部材１３の周壁から主軸１１の径方向の外方へ突出していない状態にある。
【００５２】
一方、工具交換アーム４２は、例えば工具交換における工具５０の取付時において、工具５０の基部５１ａの溝５１ｄに係合して工具５０を保持し、テーパシャンク部５１ｃを嵌合孔１１ｃに嵌合させた状態で着座面５１ｅを取付面１１ｄに着座（対接）させるように、工具５０の軸芯を主軸１１の軸芯に一致させて、工具５０をｙ軸方向（矢印ウ方向）に移動させることにより、工具５０を主軸１１の先端部に近接させる（図３及び図４参照）。
【００５３】
そして、着座面５１ｅと取付面１１ｄとの間の距離Δが後述する第２所定値β以下になった段階（図４参照）で、工具交換アーム４２は工具５０を放し、矢印エ方向（離反方向）に退避する。
【００５４】
そののち、軸芯ロッド１４が、図５に矢印ウで示したように、後方に移動する。これにより、図５に示したように、工具保持用ボール１５がカム面１４ｂに乗り上げ、貫通孔１３ａを介して固定部材１３の周壁から主軸１１の径方向の外方へ突出する。突出したボール１５は、テーパシャンク部５１ｃの凹所５１ｆに嵌まり込み、該凹所５１ｆの傾斜面によってテーパシャンク部５１ｃを主軸１１の後方へ引き込みながら、テーパシャンク部５１ｃを主軸１１の先端部材１１ａの内面に押し付ける。このとき、着座面５１ｅは取付面１１ｄに完全に着座（対接）する。これにより、工具５０は主軸１１の先端部に完全に取り付けられた状態となり、工具５０は所定の保持力（第１の保持力）で主軸１１に保持されることとなる。
【００５５】
なお、工具交換における工具５０の取外時は、以上と逆の動作が行われるが、詳しくは、フローチャートを参照して後述する（図１０、図１２、等）。
【００５６】
また、本実施形態では、前記工具交換アーム４２と前記軸芯ロッド１４とによって工具交換手段が構成されている。
【００５７】
次に、図６は、図４における矢印（ｖｉ）による、主軸１１の先端部材１１ａに形成された取付面１１ｄの拡大図（図面上、上が上方、下が下方である）である。図示したように、主軸１１の取付面１１ｄには、切粉除去用エアを放出するための複数のエア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａが形成されている。これらのエア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａは、工具５０の着座面５１ｅや主軸１１の取付面１１ｄに付着している切粉を除去する切粉除去効果、及び、切粉が主軸１１の周辺外部から工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間隙に進入することを防ぐ切粉進入防止効果の均等化を図るため、同一種類のもの同士が主軸１１の嵌合孔１１ｃと同芯の同一円周上に並ぶように配置されている。
【００５８】
これらのうち、主軸１１の径方向において外側（周面側）に位置している円周上に並ぶ放出口１７ａ…１７ａは、エアを主軸１１の軸方向（ｙ軸方向）に放出する直流エア放出口であり、主軸１１の径方向において内側（軸芯側）に位置している円周上に並ぶ放出口１８ａ…１８ａは、エアを主軸１１の軸方向（ｙ軸方向）から所定角度傾斜した方向に放出する斜流エア放出口である。
【００５９】
本実施形態では、斜流エア放出口１８ａ…１８ａは、該放出口１８ａ…１８ａから放出されるエア（斜流エア）が主軸１１の周面側から軸芯側へ放出されるように形成されている。これにより、斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出された斜流エアは、特に切粉が溜まり易い主軸１１の径方向の奥方の部位（主軸１１の中央部寄りの部分）、例えば図３に符号カで示すように、工具５０の着座面５１ｅとテーパシャンク部５１ｃとの境界部分や、主軸１１の取付面１１ｄと嵌合孔１１ｃとの境界部分等に衝突し、これらの部位の切粉除去が促進されて好ましい結果が得られる。
【００６０】
図７に拡大して示すように、主軸１１の先端部材１１ａの後部面と、主軸１１の後端部材１１ｂの前部面との間に、２本の環状（図６参照）のエア通路１６ａ，１６ｂが主軸１１の径方向において外側と内側とに形成されている。そして、直流エア放出口１７ａ…１７ａは、外側の環状エア通路１６ａから取付面１１ｄまで先端部材１１ａを軸方向（ｙ軸方向）に貫通された直流孔１７…１７により形成され、斜流エア放出口１８ａ…１８ａは、内側の環状エア通路１６ｂから取付面１１ｄまで先端部材１１ａを軸方向（ｙ軸方向）から所定角度傾斜して貫通された斜流孔１８…１８により形成されている。
【００６１】
そして、前記外側環状エア通路１６ａには、該エア通路１６ａに主軸１１の外部のスピンドル１０側からエアを供給するためのエア供給通路１９ａ，１９ａが接続している（図６参照）。この直流用エア供給通路１９ａ，１９ａの他端は、後述する直流用圧縮エア供給装置１０４ａ（図８参照）に至っている。同様に、前記内側環状エア通路１６ｂには、該エア通路１６ｂに主軸１１の外部のスピンドル１０側からエアを供給するためのエア供給通路１９ｂ，１９ｂが接続している（図６参照）。この斜流用エア供給通路１９ｂ，１９ｂの他端は、後述する斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂ（図８参照）に至っている。
【００６２】
ここで、前記環状エア通路１６ａ，１６ｂは、図７に明示したように、直流孔１７…１７及び斜流孔１８…１８に比べて、大容量に形成されている。その結果、前記環状エア通路１６ａ，１６ｂは、直流エア放出口１７ａ…１７ａ及び斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出されるエアが予め充填され、該エアの圧力が予め蓄積される蓄圧空間を構成している。
【００６３】
そして、図６の例では、直流エア放出口１７ａ…１７ａと斜流エア放出口１８ａ…１８ａとは、径が同じであり、数が同じ（１８個）である。したがって、直流エア放出口１７ａ…１７ａからのエアの単位時間当たりの放出量及び斜流エア放出口１８ａ…１８ａからのエアの単位時間当たりの放出量は、エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａから放出されるエアの圧力に応じて増減変化する。また、エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａから放出されるエアの圧力が同じであると、直流エア放出口１７ａ…１７ａからのエアの総放出量及び斜流エア放出口１８ａ…１８ａからのエアの総放出量は、エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａからのエアの放出時間に応じて増減変化する。
【００６４】
図８に示すように、このマシニングセンタ１の制御部１００は、前記自動工具交換装置４０の他、主軸１１を回転させるための主軸回転用モータ１０１、主軸１１を移動させるための主軸移動装置１０２、パレット２０を回動させるためのパレット回動装置１０３、直流用圧縮エア供給装置１０４ａ、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂ、及び前記軸芯ロッド１４を主軸１１の前方（矢印エ方向）及び後方（矢印ウ方向）へ移動させるための工具保持用シリンダ１０５を統括して制御する。
【００６５】
ここで、直流用圧縮エア供給装置１０４ａは、前記直流用エア供給通路１９ａ，１９ａ、前記外側環状エア通路１６ａ及び前記直流孔１７…１７を経由して、直流エア放出口１７ａ…１７ａに圧縮エアを供給するもので、制御部１００と協働して、直流エア放出口１７ａ…１７ａから放出される直流エアの圧力を制御したり、直流エア放出口１７ａ…１７ａからの直流エアの放出時間を制御するエア放出制御手段を構成する。
【００６６】
同様に、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂは、前記斜流用エア供給通路１９ｂ，１９ｂ、前記内側環状エア通路１６ｂ及び前記斜流孔１８…１８を経由して、斜流エア放出口１８ａ…１８ａに圧縮エアを供給するもので、制御部１００と協働して、斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出される斜流エアの圧力を制御したり、斜流エア放出口１８ａ…１８ａからの斜流エアの放出時間を制御するエア放出制御手段を構成する。
【００６７】
なお、図８に示したように、このマシニングセンタ１には距離センサ１０６が備えられ、この距離センサ１０６で検出された、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δを示す信号が制御部１００へ入力されるようになっている。ただし、距離センサ１０６を省略して、自動工具交換装置４０から工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δに関する情報を制御部１００へ入力させるようにしてもよい。
【００６８】
図９は、前記制御部１００が工具交換時に行う、工具５０を主軸１１に取り付ける動作の具体的１例を示すフローチャートであり、図１０は、工具５０を主軸１１から取り外す動作の具体的１例を示すフローチャートである（第１の実施形態）。
【００６９】
なお、工具交換時には、使用後の工具５０を主軸１１から取り外した後、次の工具５０を主軸１１に取り付けるのが通例であるが、ここでは、便宜上、工具５０の取付動作を先に説明する。
【００７０】
前提として、主軸１１の回転は停止しており、主軸１１の先端部には工具５０が取り付けられていないものとする。まず、ステップＳ１１で、工具５０を保持した工具交換アーム４２を主軸１１の先端部に近接する方向（矢印ウ方向）に移動させる（図３参照）。
【００７１】
次いで、ステップＳ１２で、主軸１１の取付面１１ｄと工具５０の着座面５１ｅとの間の距離Δが第１所定値α以下か否かを判定し、以下のときは、ステップＳ１３で、直流用圧縮エア供給装置１０４ａを作動させて、直流エア放出口１７ａ…１７ａからの直流エアの放出を開始する。
【００７２】
ここで、前記第１所定値αは、直流エア放出口１７ａ…１７ａから放出される直流エアのみならず、斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出される斜流エアも、工具５０の着座面５１ｅに届いて当たる距離に設定されている。その意味で、斜流エア放出口１８ａ…１８ａは、主軸１１の取付面１１ｄと工具５０の着座面５１ｅとの間の距離Δが第１所定値α以下のときに、該放出口１８ａ…１８ａから放出される斜流エアが工具５０の着座面５１ｅに届いて当たる範囲内で、エアを主軸１１の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出するように形成されている。
【００７３】
次いで、ステップＳ１４で、主軸１１の取付面１１ｄと工具５０の着座面５１ｅとの間の距離Δが第１所定値αよりも短い第２所定値β（例えば０．７ｍｍ等）以下か否かを判定し、以下のときは、ステップＳ１５で、直流用圧縮エア供給装置１０４ａを停止させて、直流エアの放出を終了させ、代わりに、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂを作動させて、斜流エア放出口１８ａ…１８ａからの斜流エアの放出を開始する。
【００７４】
次いで、ステップＳ１６で、工具交換アーム４２から工具５０を放して、該工具交換アーム４２を主軸１１の先端部から離反する方向（矢印エ方向）に移動させる（図４参照）。これにより、工具５０は、前記第１の保持力（工具５０が主軸１１の先端部に完全に取り付けられたときに主軸１１が工具５０を保持する保持力）よりも小さい第２の保持力で主軸１１に保持される仮保持状態となる。
【００７５】
なお、仮保持状態における前記第２の保持力は、例えば、図４に示した状態での主軸１１と工具５０との摩擦力や、図示しないデテント機構による工具５０の押圧力等によって付与される。
【００７６】
次いで、ステップＳ１７で、工具保持用シリンダ１０５をオンにして軸芯ロッド１４を矢印ウ方向（後方）へ移動させる。これにより、工具５０は、前記第１の保持力で主軸１１に保持される完全取付状態になる（図５参照）。そして、この段階で、工具５０の着座面５１ｅが主軸１１の取付面１１ｄに着座してエア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａを塞ぐので、ステップＳ１８で、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂを停止させて、斜流エアの放出を終了させる。
【００７７】
次に、工具５０の取外動作を説明する。前提として、主軸１１の回転は停止しており、主軸１１の先端部には使用後の工具５０が取り付けられているものとする。まず、ステップＳ２１で、工具保持用シリンダ１０５をオフにして軸芯ロッド１４を矢印エ方向（前方）へ移動させる。これにより、工具５０は、前記第２の保持力で主軸１１に保持される仮保持状態となる（図４参照）。また、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの対接が解除され（すなわち離反し）、両面５１ｅ，１１ｄ間に空隙が生成する。このときの両面５１ｅ，１１ｄ間の距離Δは、前記第２所定値βにほぼ近い値である。
【００７８】
次いで、ステップＳ２２で、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂを作動させて、斜流エア放出口１８ａ…１８ａからの斜流エアの放出を開始する。
【００７９】
次いで、ステップＳ２３で、工具５０を保持しない空の工具交換アーム４２を主軸１１の先端部に近接する方向（矢印ウ方向）に移動させる。
【００８０】
次いで、ステップＳ２４で、主軸１１に第２の保持力で保持されている仮保持状態の工具５０を工具交換アーム４２で保持して、該工具交換アーム４２を主軸１１の先端部から離反する方向（矢印エ方向）に移動させる（図３参照）。
【００８１】
次いで、ステップＳ２５で、斜流用圧縮エア供給装置１０４ｂを停止させて、斜流エアの放出を終了させ、代わりに、直流用圧縮エア供給装置１０４ａを作動させて、直流エア放出口１７ａ…１７ａからの直流エアの放出を開始する。
【００８２】
次いで、ステップＳ２６で、主軸１１の取付面１１ｄと工具５０の着座面５１ｅとの間の距離Δが第１所定値α以下か否かを判定し、以下でないときは、ステップＳ１３で、直流用圧縮エア供給装置１０４ａを停止させて、直流エアの放出を終了させる。
【００８３】
このように、第１の実施形態においては、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長いときは（工具５０の取付時は取付動作の比較的初期、工具５０の取外時は取外動作の比較的終期）、直流エアのみ放出し（Ｓ１３，Ｓ２５）、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いときは（工具５０の取付時は取付動作の比較的終期、工具５０の取外時は取外動作の比較的初期）、斜流エアのみ放出する（Ｓ１５，Ｓ２２）ので、前者の期間中は（Ｓ１２〜Ｓ１４，Ｓ２５〜Ｓ２７）、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は（Ｓ１４〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２５）、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【００８４】
したがって、本実施形態においては、工具交換時における工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δに応じて、直流エア放出口１７ａ…１７ａからの直流エアの放出状態及び斜流エア放出口１８ａ…１８ａからの斜流エアの放出状態を制御するようにしたから、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分けることが可能となる。
【００８５】
特に、この第１の実施形態は、直流エアは斜流エアよりも主軸１１の軸方向の圧力が大きいから、相対的に、工具５０の着座面５１ｅや主軸１１の取付面１１ｄに付着している切粉を除去する切粉除去効果に優れ、一方、斜流エアは直流エアよりも主軸１１の径方向の圧力が大きいから、相対的に、切粉が主軸１１の周辺外部から工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間隙に進入することを防ぐ切粉進入防止効果に優れること、及び、直流エアの切粉除去効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長くても発揮され、斜流エアの切粉進入防止効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【００８６】
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。ただし、前述の第１の実施形態と相違する部分のみ説明する。
【００８７】
すなわち、工具５０の取付動作において、ステップＳ１３に対応するステップＳ３３で、直流エアの単位時間当たりの放出量が斜流エアの単位時間当たりの放出量よりも多い離反モードで、直流エアと斜流エアとの同時放出を開始する。また、ステップＳ１５に対応するステップＳ３５で、斜流エアの単位時間当たりの放出量が直流エアの単位時間当たりの放出量よりも多い近接モードに切り替えて、直流エアと斜流エアとの同時放出を続行する。
【００８８】
一方、工具５０の取外動作において、ステップＳ２２に対応するステップＳ４２で、斜流エアの単位時間当たりの放出量が直流エアの単位時間当たりの放出量よりも多い近接モードで、直流エアと斜流エアとの同時放出を開始する。また、ステップＳ２５に対応するステップＳ４５で、直流エアの単位時間当たりの放出量が斜流エアの単位時間当たりの放出量よりも多い離反モードに切り替えて、直流エアと斜流エアとの同時放出を続行する。
【００８９】
このように、第２の実施形態においては、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長いときは、直流エアの単位時間当たりの放出量を斜流エアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、直流エアと斜流エアとを同時に放出し（Ｓ３３，Ｓ４５）、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いときは、斜流エアの単位時間当たりの放出量を直流エアの単位時間当たりの放出量よりも多くした状態で、直流エアと斜流エアとを同時に放出する（Ｓ３５，Ｓ４２）ので、前者の期間中は（Ｓ３２〜Ｓ３４，Ｓ４５〜Ｓ４７）、直流エアの放出の勢いが斜流エアの放出の勢いよりも強くなって、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は（Ｓ３４〜Ｓ３８，Ｓ４１〜Ｓ４５）、斜流エアの放出の勢いが直流エアの放出の勢いよりも強くなって、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【００９０】
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。ただし、前述の第１の実施形態と相違する部分のみ説明する。
【００９１】
すなわち、工具５０の取付動作において、ステップＳ１５に対応するステップＳ５５で、直流エアと斜流エアとの交互放出に切り替える。
【００９２】
一方、工具５０の取外動作において、ステップＳ２２に対応するステップＳ６２で、直流エアと斜流エアとの交互放出を開始する。また、ステップＳ２５に対応するステップＳ６５で、直流エアのみの放出に切り替える。
【００９３】
このように、第３の実施形態においては、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長いときは、直流エアのみ放出し（Ｓ５３，Ｓ６５）、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いときは、直流エアと斜流エアとを交互に放出する（Ｓ５５，Ｓ６２）ので、前者の期間中は（Ｓ５２〜Ｓ５４，Ｓ６５〜Ｓ６７）、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は（Ｓ５４〜Ｓ５８，Ｓ６１〜Ｓ６５）、直流エアと斜流エアとの交互放出がもたらす切粉除去効果の向上効果を十分に得ることが可能となる。
【００９４】
特に、この第３の実施形態は、直流エアと斜流エアとを交互に放出すると、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間隙でエアの流れが乱れ、工具５０の着座面５１ｅにエアが当たる領域が拡大し、また、主軸１１の取付面１１ｄにエアが跳ね返ってくる領域も拡大するので、切粉除去効果が向上すること、及び、この直流エアと斜流エアとの交互放出による切粉除去効果の向上効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【００９５】
なお、この第３の実施形態において、ステップＳ５３，Ｓ６５で、直流エアのみの放出に代えて、斜流エアのみの放出又は直流エアと斜流エアとの同時放出にしてもよい。
【００９６】
次に、図１５及び図１６を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。ただし、前述の第１の実施形態と相違する部分のみ説明する。
【００９７】
すなわち、工具５０の取付動作において、ステップＳ１３に対応するステップＳ７３で、直流エアの放出時間が斜流エアの放出時間よりも長い離反モードで、直流エアと斜流エアとの交互放出を開始する。また、ステップＳ１５に対応するステップＳ７５で、斜流エアの放出時間が直流エアの放出時間よりも長い近接モードに切り替えて、直流エアと斜流エアとの交互放出を続行する。
【００９８】
一方、工具５０の取外動作において、ステップＳ２２に対応するステップＳ８２で、斜流エアの放出時間が直流エアの放出時間よりも長い近接モードで、直流エアと斜流エアとの交互放出を開始する。また、ステップＳ２５に対応するステップＳ８５で、直流エアの放出時間が斜流エアの放出時間よりも多い離反モードに切り替えて、直流エアと斜流エアとの交互放出を続行する。
【００９９】
このように、第４の実施形態においては、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長いときは、直流エアの放出時間を斜流エアの放出時間よりも長くした状態で、直流エアと斜流エアとを交互に放出し（Ｓ７３，Ｓ８５）、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いときは、斜流エアの放出時間を直流エアの放出時間よりも長くした状態で、直流エアと斜流エアとを交互に放出する（Ｓ７５，Ｓ８２）ので、前者の期間中は（Ｓ７２〜Ｓ７４，Ｓ８５〜Ｓ８７）、直流エアの総放出量が斜流エアの総放出量よりも多くなって、直流エアがもたらす切粉除去効果を十分に得ることができ、後者の期間中は（Ｓ７４〜Ｓ７８，Ｓ８１〜Ｓ８５）、斜流エアの総放出量が直流エアの総放出量よりも多くなって、斜流エアがもたらす切粉進入防止効果を十分に得ることが可能となる。
【０１００】
特に、この第４の実施形態は、前記第１の実施形態及び前記第２の実施形態と同様、直流エアは斜流エアよりも主軸１１の軸方向の圧力が大きいから、相対的に、工具５０の着座面５１ｅや主軸１１の取付面１１ｄに付着している切粉を除去する切粉除去効果に優れ、一方、斜流エアは直流エアよりも主軸１１の径方向の圧力が大きいから、相対的に、切粉が主軸１１の周辺外部から工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間隙に進入することを防ぐ切粉進入防止効果に優れること、及び、直流エアの切粉除去効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長くても発揮され、斜流エアの切粉進入防止効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に短いほどよく発揮されることに着目したものである。
【０１０１】
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。ただし、前述の第１の実施形態と相違する部分のみ説明する。
【０１０２】
すなわち、工具５０の取付動作において、ステップＳ１３に対応するステップＳ９３で、エアの圧力を増減変化させながら直流エアの放出を開始する。また、ステップＳ１５に対応するステップＳ９５で、直流エアの放出を終了させ、代わりに、エアの圧力を増減変化させながら斜流エアの放出を開始する。
【０１０３】
一方、工具５０の取外動作において、ステップＳ２２に対応するステップＳ１０２で、エアの圧力を増減変化させながら斜流エアの放出を開始する。また、ステップＳ２５に対応するステップＳ１０５で、斜流エアの放出を終了させ、代わりに、エアの圧力を増減変化させながら直流エアの放出を開始する。
【０１０４】
このように、第５の実施形態においては、エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａから放出されるエアの圧力を増減変化させながらエアを放出する（Ｓ９３，Ｓ９５，Ｓ１０２，Ｓ１０５）ので、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δが相対的に長い期間中（Ｓ９２〜Ｓ９４，Ｓ１０５〜Ｓ１０７）及び相対的に短い期間中（Ｓ９４〜Ｓ９８，Ｓ１０１〜Ｓ１０５）共に、直流エア及び／又は斜流エアの圧力の増減変化がもたらす切粉除去効果の向上効果を得ることが可能となる。
【０１０５】
特に、この第５の実施形態は、直流エアか斜流エアかに拘らず、エアの圧力を一定に保つのではなく増減変化させると、工具５０の着座面５１ｅや主軸１１の取付面１１ｄに付着している切粉が受ける衝撃の回数が多くなるので、切粉除去効果が向上すること、及び、このエア圧力の増減変化による切粉除去効果の向上効果は、工具５０の着座面５１ｅと主軸１１の取付面１１ｄとの間の距離Δに拘らず発揮されることに着目したものである。
【０１０６】
なお、この第５の実施形態において、ステップＳ９３，Ｓ９５，Ｓ１０２，Ｓ１０５で、エアの圧力を減少する場合、エアの圧力を零（ゼロ）にしてもよい。このとき、エアは間欠的に放出されることとなる。
【０１０７】
また、この第５の実施形態においては、直流エア放出口１７ａ…１７ａ又は斜流エア放出口１８ａ…１８ａに通じるエア通路、すなわち直流用エア供給通路１９ａ，１９ａ及び直流孔１７…１７又は斜流用エア供給通路１９ｂ，１９ｂ及び斜流孔１８…１８上に、エアが充填される蓄圧空間、すなわち外側環状エア通路１６ａ又は内側環状エア通路１６ｂを設けたから、エア放出口１７ａ…１７ａ，１８ａ…１８ａから放出されるエアの圧力を増大しようとするときに該エアの圧力が速やかに増大し、工具５０の着座面５１ｅや主軸１１の取付面１１ｄに付着している切粉に大きな衝撃波を確実に与えることが可能となる。
【０１０８】
なお、前記実施形態は本発明の最良の実施形態であるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。例えば、斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出される斜流エアは、主軸１１の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出されるが、工具５０の着座面５１ｅに当たる限り、主軸１１の接線方向と平行な方向にエアが放出される場合や主軸１１の接線方向と平行な方向よりも主軸１１の軸芯側にエアが放出される場合だけでなく、主軸１１の接線方向と平行な方向よりも主軸１１の周面側にエアが放出されても構わない。
【０１０９】
また、斜流エア放出口１８ａ…１８ａから放出される斜流エアは、主軸１１の軸方向から所定角度傾斜した方向に放出されるが、工具５０の着座面５１ｅに当たる限り、同じ揃った方向にエアが放出される場合だけでなく、無秩序にバラバラな方向にエアが放出されても構わない。
【０１１０】
また、直流エア放出口１７ａ…１７ａと斜流エア放出口１８ａ…１８ａとで、径が異なっていたり、数が異なっていても、本発明の適用に問題はない。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、切粉除去用エアを放出するためのエア放出口として直流エア放出口と斜流エア放出口との両方を主軸の取付面に形成した場合において、工具交換時における工具の着座面と主軸の取付面との間の距離に応じて、各エアの特長が活かされるように直流エアと斜流エアとを使い分けることが可能な技術であるから、工場における生産の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の最良の実施の形態に係る工作機械の主な構成要素の配置を概略図示する正面図である。
【図２】前記工作機械の正面側の部分平面図である。
【図３】図１における矢印（ｉｉｉ）による、主軸の先端部周辺の拡大平断面図であって、工具交換における工具取付動作の比較的初期又は工具交換における工具取外動作の比較的終期を示すものである。
【図４】同じく拡大平断面図であって、工具交換における工具取付動作の比較的終期又は工具交換における工具取外動作の比較的初期を示すものである。
【図５】同じく拡大平断面図であって、工具交換における工具取付動作の終了時の状態又は工具交換における工具取外動作の開始時の状態を示すものである。
【図６】図４における矢印（ｖｉ）による、主軸の先端部材に形成された取付面の拡大図である。
【図７】主軸の先端部をさらに拡大して示す部分平断面図である。
【図８】前記工作機械の制御システム図である。
【図９】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取付動作の１例（第１の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１０】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取外動作の１例（第１の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１１】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取付動作の他の例（第２の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１２】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取外動作の他の例（第２の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１３】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取付動作のさらに他の例（第３の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１４】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取外動作のさらに他の例（第３の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１５】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取付動作のさらに他の例（第４の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１６】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取外動作のさらに他の例（第４の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１７】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取付動作のさらに他の例（第５の実施形態）を示すフローチャートである。
【図１８】前記工作機械の制御部が工具交換時に行う工具取外動作のさらに他の例（第５の実施形態）を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１３】
１      工作機械
１１    主軸
１１ｃ  嵌合孔
１１ｄ  取付面
１４    工具交換手段（軸芯ロッド）
１６ａ  蓄圧空間（外側環状エア通路）
１６ｂ  蓄圧空間（内側環状エア通路）
１７    エア通路（直流孔）
１７ａ  第１のエア放出口（直流エア放出口）
１８    エア通路（斜流孔）
１８ａ  第２のエア放出口（斜流エア放出口）
１９ａ  エア通路（直流用エア供給通路）
１９ｂ  エア通路（斜流用エア供給通路）
４２    工具交換手段（工具交換アーム）
５０    工具
５１ａ  基部（フランジ部）
５１ｃ  突出部（テーパシャンク部）
５１ｅ    環状面（着座面）
１００    エア放出制御手段（制御部）
１０４ａ  エア放出制御手段（直流用圧縮エア供給装置）
１０４ｂ  エア放出制御手段（斜流用圧縮エア供給装置）
【図１】
2010105086.tif 000003
【図２】
2010105086.tif 000004
【図３】
2010105086.tif 000005
【図４】
2010105086.tif 000006
【図５】
2010105086.tif 000007
【図６】
2010105086.tif 000008
【図７】
2010105086.tif 000009
【図８】
2010105086.tif 000010
【図９】
2010105086.tif 000011
【図１０】
2010105086.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010105086.tif 000017
【図１６】
2010105086.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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